(57)【要約】【課題】癌血管の拍動による微小な変位や歪を発生できる、小型で取り扱いが容易な超音波診断装置用ファントムを提供する。【解決手段】本発明の超音波診断装置用ファントムは、生体を模擬する超音波診断装置用ファントムにおいて、超音波を伝播する材質の弾性体の媒体中に、変位または歪が発生する超音波を伝播する材質で拍動体と、前記拍動体に変位または歪を発生させる駆動部と、を有する特徴を有している。  この構成により、取り扱いが容易にでき、かつ、小型化できることで、拍動による微小な変位や歪を発生することができる。【選択図】 図１
2010017324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体を模擬する超音波診断装置用ファントムにおいて、
超音波を伝播する媒体と、
管形状で内部が液体で満たされた管部と、
前記管部に連結した駆動部と、
前記媒体内に配置された超音波を伝播する材質の拍動体とを有し、
前記拍動体の近傍もしくは内部に前記管部を配置し、
前記駆動部の動作により前記管部を拍動すると共に、前記拍動体に変位または歪を発生させることを特徴とする超音波診断装置用ファントム。
【請求項２】
前記媒体と前記拍動体は、超音波を反射する散乱体を含有することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項３】
前記散乱体は、前記媒体と前記拍動体とで散乱体の含有量が異なることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項４】
前記散乱体は、前記媒体と前記拍動体とで散乱体の粒径が異なることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項５】
前記散乱体は、前記媒体と前記拍動体とで散乱体の音響インピーダンスが異なることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項６】
前記媒体と前記拍動体は、双方の材質の音響インピーダンスが異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項７】
前記管部の直系は、１０μｍ〜５００μｍとすることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項８】
前記駆動部は、ソレノイドを駆動源に用いていることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項９】
前記駆動部はポンプ部を有し、前記管部と連結されていることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項１０】
前記駆動部は、前記管部の両端に液体を閉じ込めたポンプ部を有していることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用ファントム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて生体内の微小血管や新生血管が集まった癌など微小の変位を発生させる部位とその周辺の変位と歪の分布を検出する超音波診断装置用のファントムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
乳癌などの癌はその成長の過程で癌に血液を送る血管新生をひき起こし、その多数の新生血管に動脈から血液が流れることで拍動して、癌周辺で組織の微小の変位や歪が生じるといわれている。その微小の変位や歪を、超音波診断装置で検出することで、癌の進行の様子を調べることができる。よって、微小の変位や歪を発生できる擬似生体であるファントムは、超音波診断装置の性能を評価する上で有用なものである。
【０００３】
癌を模擬したファントムとして、周りの組織とは弾性的に硬度が異なる弾性体が入れられた手法が知られている。（例えば、特許文献１参照）
また、ファントムに変位を発生させる装置としては、平板を平行移動させることで微小の変位を発生させる手法が知られている。（例えば、特許文献２参照）
さらに、血管を模擬した大きな管に水を通すことで、管を拍動させて変位や歪を発せさせるファントムが考案されている。（例えば、特許文献３参照）
【特許文献１】特開平８−１０２５４号公報
【特許文献２】特開２００３−３２５５２２号公報
【特許文献３】特開２００６−１６６９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のファントムにおいて、ある部位の弾性が異なる手法は、硬さだけの評価となり、変位や歪を発生できないものであった。また、平板を機械的に変位させるものは、装置が大きく、生体を模擬した媒体に超音波探触子を当接させて評価するような通常の検診とは異なったものである。箱に固定された管につないだポンプからの水流で拍動させる方式は、ファントムを使用する毎に管に水を入れる必要があるが、微小血管や新生血管のような細い管にすると、水を入れる際に膨大な圧力を必要とし、容易に注入することができないという取り扱い上の問題がある。
【０００５】
本発明は、前記課題を解決し、微小血管や新生血管を模擬した細い管でも取り扱いが容易にできる超音波診断装置用ファントムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波診断装置用ファントムは、超音波を伝播する媒体と、管形状で内部が液体で満たされた管部と、前記管部に連結した駆動部と、前記媒体内に配置された超音波を伝播する材質の拍動体とを有し、前記拍動体の近傍もしくは内部に前記管部を配置し、前記駆動部の動作により前記管部を拍動すると共に、前記拍動体に変位または歪を発生させることを特徴としたものである。
【０００７】
さらに本発明の超音波診断装置用ファントムにおいて、前記媒体と前記拍動体は、超音波を反射する散乱体を含有することを特徴としたものである。
【０００８】
さらに本発明の超音波診断装置用ファントムにおいて、前記散乱体は、前記媒体と前記拍動体とで散乱体の含有量が異なることを特徴としたものである。
【０００９】
さらに本発明の超音波診断装置用ファントムにおいて、前記散乱体は、前記媒体と前記拍動体とで散乱体の粒径が異なることを特徴としたものである。
【００１０】
さらに本発明の超音波診断装置用ファントムにおいて、前記散乱体は、前記媒体と前記拍動体とで散乱体の音響インピーダンスが異なることを特徴としたものである。
【００１１】
さらに本発明の超音波診断装置用ファントムにおいて、前記媒体と前記拍動体は、双方の材質の音響インピーダンスが異なることを特徴としたものである。
【００１２】
さらに本発明の超音波診断装置用ファントムにおいて、前記管部の直系は、１０μｍ〜５００μｍとすることを特徴としたものである。
【００１３】
さらに本発明の超音波診断装置用ファントムにおいて、前記駆動部は、ソレノイドを駆動源に用いていることを特徴としたものである。
【００１４】
さらに本発明の超音波診断装置用ファントムにおいて、前記駆動部はポンプ部を有し、前記管部と連結されていることを特徴としたものである。
【００１５】
さらに本発明の超音波診断装置用ファントムにおいて、前記駆動部は、前記管部の両端に液体を閉じ込めたポンプ部を有していることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の超音波診断装置用ファントムによれば、使用毎に管部に液体を入れる必要がなく取り扱いを容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態の超音波診断装置用ファントムについて、図面を用いて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態の超音波診断装置用ファントムを図１、２、３に示す。図１（ａ）において、超音波を伝播する材質の弾性体の超音波伝播媒体１の中に、変位または歪が発生する超音波を伝播する材質の拍動体２と、拍動体２の内部に配置した血管を模擬した管部５と、管部５を拍動させる駆動部３と、管部５に充填された液体６と、駆動部３を駆動させるコントローラ部４で構成される。図１（ｂ）は駆動部３をさらに詳細に説明した図である。駆動部３は、ポンプ部７とその駆動源となるソレノイド８で構成される。ポンプ部７は、液体６を閉じ込めた構造をしている。ソレノイド８の力によりポンプ部７から閉じ込められている液体６を、図中の矢印のように管部５に送ることができる。
【００１９】
また、超音波を伝播する材質の弾性体は、たとえば、ポリウレタン、スチレン系エラストマー、シリコーン、ポリビニルアルコール、アクリルアミドなどがある。
【００２０】
しかし、ポリビニルアルコールやアクリルアミドのような水を含む材質は、水分が蒸発するような経時変化を起こしやすいため、長期にわたって使う場合には適さない。なお、ポリウレタンやスチレン系エラストマーは、可塑剤やプロセスオイルなどを混ぜて、硬さを調節してもよい。拍動体２は、媒体１と同質な材料であってもよい。また、媒体１と拍動体２は、散乱体を含有している。このとき、媒体１と拍動体２は、散乱体の含有量が異なっていてもよい。
【００２１】
散乱体の含有量が異なる場合は、超音波が反射する量が異なるため、超音波断面画像において媒体１と拍動体２とでコントラストが付き、拍動体２の領域を可視化することができる。また、散乱体の粒径を双方で変えることでも、同様に、媒体１と拍動体２とでコントラストが付き、拍動体２の領域を可視化することができる。また、散乱体の音響インピーダンスを双方で変えること（つまり、音響インピーダンスの異なる散乱体を使うこと）でも、同様に、媒体１と拍動体２とでコントラストが付き、拍動体２の領域を可視化することができる。
【００２２】
なお、媒体１と拍動体２の双方の材質の音響インピーダンスが異なっていてもよい。この場合も、媒体１と拍動体２とでコントラストが付き、拍動体２の領域を可視化することができる。なお、散乱体としては、グラファイト、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ガラス、シリカ、タルクなどの粉体でもよい。なお、コントローラ部４は、たとえば、ソレノイド８にかける電圧を供給する電源と、間欠動作が行うことができるリレーの付いたタイマでもよい。
【００２３】
管部５は、拍動体２の中に細い管（空間）を作ることで実現され、数１０μｍから数１００μｍ程度まで容易に作製することができる。
【００２４】
たとえばその作製方法は、以下のとおりである。型にポリウレタンなどの樹脂を流し込んで拍動体２を作製する際に、管部５の形状になるワイヤなどを型に設置しておく。樹脂を流し込んで硬化させた後に、型から樹脂を取り出し、ワイヤを取り外すことで、管部５を作ることができる。その管部５に液体６を入れて、封止することで、液体６を管部５に閉じ込めることができる。
【００２５】
また、駆動源は、磁気の力で鉄心を直線運動させるソレノイドに限らず、電磁気力を用いた電磁石アクチュエータ（ムービングマグネット方式、ムービングコイル方式）などでもよい。さらに、液体６は、たとえば、水であり、また、オイルなどの液体であってもかまわない。
【００２６】
次に、図２を用いて動作を説明する。図２（ａ）において、円柱形状の拍動体２に管部５を形成し、その一端に駆動部３を接続して、それら内部に液体６を封止している。駆動部３は内部に備えられたポンプ部７により、液体６の押し出し及び吸い込み動作を行う。駆動部３から押し出された液体６は、管部５に流入し押し広げる。このことにより、図２（ｃ）図中の矢印のように円形状が広がるような変位と歪の分布を発生することができる。
【００２７】
また、ポンプ部７の力をゼロにすることで、押し広げられていた管部５が元の大きさに戻る。この動作を繰り返すことで、図中の矢印のように管部５を拍動運動させることで、血管の動きを模擬する。これら一連の管部５の動きに合わせ、図２（ｂ）のように、管部５が押し広げられると拍動体２も広がり、管部５が元に戻ると拍動体２も元の形状に戻る。これにより、血管及び血管周辺の組織の状態を模擬することが出来る。
【００２８】
次に、図３を用いて動作を説明する。図３（ａ）において、球体の拍動体２に管部５を形成し、その一端に駆動部３を接続して、それら内部に液体６を封止している。駆動部３は内部に備えられたポンプ部７により、液体６の押し出し及び吸い込み動作を行う。駆動部３から押し出された液体６は、管部５に流入し押し広げる。このことにより、図３（ｃ）図中の矢印のように円形状が広がるような変位と歪の分布を発生することができる。また、ポンプ部７の力をゼロにすることで、押し広げられていた管部５が元の大きさに戻る。この動作を繰り返すことで、図中の矢印のように管部５を拍動運動させることで、血管の動きを模擬する。これら一連の管部５の動きに合わせ、図３（ｂ）のように、管部５が押し広げられると拍動体２も広がり、管部５が元に戻ると拍動体２も元の形状に戻る。これにより、血管及び血管周辺の組織の状態を模擬することが出来る。
【００２９】
なお、拍動体２は上記の２である例円柱や球体に限られるものではなく、臓器や腫瘍に似せた形状等、状況に合わせ形状を変えても同様である。
【００３０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、球形の拍動体の周辺に管部を設けた構成に関して図４を用いて説明する。
【００３１】
図４（ａ）において、管部５の一端に駆動部３を接続し、それら内部に液体６を封止している。球体の拍動体２は、管部５の上部に位置し、管部５を内部に含まない構成となっている。駆動部３は内部に備えられたポンプ部７により、液体６の押し出し及び吸い込み動作を行う。駆動部３から押し出された液体６は、管部５に流入し図４（ｃ）の矢印の方向に押し広げる。管部５の液体６が吸い出された場合には、管部５は収縮する。また、図４（ｂ）のように、拍動体２は管部５の動きにあわせ歪みが発生する。これにより、血管周辺の臓器や腫瘍等の状態も模擬することが出来る。
【００３２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、管部の両端に駆動部を設けた構成を図５を用いて説明する。
【００３３】
図５（ａ）において、管部５の一端に駆動部３−１、他端に駆動部３−２をそれぞれ設けている。駆動部３−１、３−２は交互に動作させ、駆動部３−１を動作させた時には、図５（ｂ）のように、駆動部３−１側から駆動部３−２側に液体６が流れ、駆動部３−２を動作させた時には、駆動部３−２側から駆動部３−１側に液体６が流れる。このように、二つの駆動部を交互に動作させることにより、管部５内で液体６の往復の流れを作り出すと共に、管部５には圧力変化が発生するため、管部５は広がるような動きをする。
【００３４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、図６、図７を用いて説明する。
【００３５】
図６では、拍動体２の内部に管部５を有し、管部５の形状や本数に特徴を持たせた構成を説明する。
【００３６】
図６（ａ）のように、３本の管部５を有することで、複数本の血管が隣接している場合を模擬することが出来る。また、実際には血管は直線ではないため、図６（ｂ）のように、管部５を曲線にすることで実際の血管の形を模擬することが出来る。また、図６（ｃ）のように、途中で複数本に枝分かれさせても良い。また、管部５はこれら図６（ａ）〜（ｃ）を組み合わせた形状にしても良い。
【００３７】
図７では、拍動体２の外部に管部５を有し、管部５の形状や本数に特徴を持たせた構成を説明する。
【００３８】
図７（ａ）は、球形の拍動体２の周りに複数の管部５がある場合である。なお、管部５が複数本からなる場合は、管部５の端部それぞれにポンプ部７を設置してもよい。このようにすることで、それぞれのポンプ部を適宜動作させ複雑な流れを作ることができる。
【００３９】
図７（ｂ）は、球形の拍動体２の周りに複数の曲率を持つ管部５がある場合である。これは、腫瘍に毛細血管が侵食している状態を模擬している。また、管部５の端部は、複数の端部につながっているように輪状になっていてもよい。
【００４０】
なお、実施の形態１〜４では、駆動源を媒体１の内部に設置した構成で説明したが、その一部が媒体１の外にあってもよい。
【００４１】
このような本発明の実施の形態によれば、この構成により、微小血管や新生血管を模擬した細い管でも使用毎に液体を入れる必要がなく取り扱いを容易にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明の超音波診断装置用ファントムは、微小血管や新生血管を模擬した細い管でも使用毎に液体を入れる必要がなく
取り扱いを容易にすることができ、超音波を用いて生体内の微小血管や新生血管が集まった乳癌など微小変位を発生させる部位とその周辺の変位と歪の分布を発生する超音波診断装置用ファントム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの概観図  （ｂ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｂ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｃ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図（垂直）
【図３】（ａ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｂ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｃ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図（垂直）
【図４】（ａ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｂ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｃ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図（垂直）
【図５】（ａ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｂ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｃ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｂ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｃ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図  （ｂ）本発明の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの断面図
【符号の説明】
【００４４】
１  超音波伝播媒体
２  拍動体
３、３−１、３−２  駆動部
４  コントローラ部
５  管部
６  液体
７  ポンプ部
８  ソレノイド
【図１】
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【図２】
2010017324.tif 000004
【図３】
2010017324.tif 000005
【図４】
2010017324.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010017324.tif 000008
【図７】
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